高密度聚乙烯的合成工艺研究

绵阳职业技术学院材料工程系高分子材料应用技术专业毕业论文论文题目：高密度聚乙烯的合成工艺研究学院：绵阳职业技术学院系部：材料工程系班级：高分子111班学生：石鑫指导老师：唐云、王燕时间：2013.9.30——2013.11.05高密度聚乙烯的合成工艺研究摘要：自1953 年在低压下使乙烯聚合生成HDPE, 迄今已有50 多年, 高密度聚乙烯的开发生产突飞猛进, 技术进展突出表现在催化剂开发的进展、生产工艺技术的进展。

本文介绍了高密度聚乙烯在工业生产中所采用的技术、所采用的设备及其用途、发展前景等内容。

主要研究高密度聚乙烯的合成方法及工艺条件。

关键词：高密度聚乙烯,合成工艺Abstract: Since 1953, in the ethylene polymerization under pressure HDPE, far more than 50 years, the development of high-density polyethylene.Production by leaps and bounds, technological advances outstanding performance in catalyst development progresses, the progress of production technology. This article describes the high-density polyethylene used in the industrial production of the latest technology, using equipment and its use, development prospects and so on.The synthesis and processing conditions of high density polyethylene.Keywords: high-density polyethylene synthesis process目录1.聚乙烯介绍 (2)1.1聚乙烯结构 (1)1.2聚乙烯性质 (2)2.高密度聚乙烯介绍 (3)2.1高密度聚乙烯特性 (3)2.2高密度聚乙烯历史发展背景 (4)3.高密度聚乙烯的生产方法 (5)3.1浆液聚合法 (5)3.2气相聚合法 (7)3.3溶液聚合法 (8)3.4三种HDPE技术比较 (9)4.高密度聚乙烯的生产工艺 (9)5. 高密度聚乙烯制品生产工艺和质量影响因素分析 (12)5.1加工成型生产工艺分类 (12)5.2影响塑料制品(聚乙烯)产品的质量相关因素 (14)5.3机械设备的性能和模具的质量与精度分析 (14)6.高密度聚乙烯市场应用 (15)参考文献 (16)致谢 (17)1.聚乙烯介绍1.1聚乙烯结构简写：nCH2=CH2→—[CH2—CH2]n—聚乙烯的分子是长链线型结构或支结构，为典型的结晶聚合物。

在固体状态下，结晶部分与无定型共存。

结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度高结晶度就越大。

聚乙烯为典型的热塑性塑料，是无臭、无味、无毒的可燃性白色粉末。

成型加工的PE树脂均是经挤出造粒的蜡状颗粒料，外观呈乳白色。

分子量越高，其物理力学性能越好，越接近工程材料的要求水平。

但分子量越高，其加工的难度也随之增大。

聚乙烯熔点为10---130℃。

其耐低温性能优良。

在-60℃下仍可保持良好的力学性能，但使用温度在80~110℃。

聚乙烯化学稳定性较好，室温下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等溶液。

但不耐强氧化的腐蚀，如发烟硫酸·浓硝酸、铬酸与硫酸的混合液。

在室温下上述溶剂会对聚乙烯产生缓慢的侵蚀作用，而在90---100℃下，浓硫酸和浓硝酸会快速地侵蚀聚乙烯，使其破坏或分解。

聚乙烯在大气、阳光和氧的作用下，会发生老化，变色、龟裂、变脆或粉化，丧失其力学性能。

在成型加工温度下，也会因氧化作用，使其熔体戮度下降，发生变色、出现条纹，故而在成型加工和使用过程或选材时应予以注意。

正因为聚乙烯拥有如上特质，容易加工成型，因此聚乙烯的再生回收具有非常深远的价值。

1.2聚乙烯性质（1）聚乙烯有优异的化学稳定性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用；（2）聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。

受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。

由乙烯均聚以及与少量α-烯烃共聚制得的乳白色、半透明的热塑性塑料。

密度0.86～0.96g/cm3，按密度区分有低密度聚乙烯(也包括线性低密度聚乙烯)、超低密度聚乙烯等。

无味、无毒。

耐化学药品，常温下不溶于溶剂。

耐低温，最低使用温度-70～-100℃。

电绝缘性好，吸水率低。

物理机械性能因密度而异。

工业上低密度聚乙烯主要采用高压(110～200MPa)、高温(150～300℃)自由基聚合。

其他则用低压配位聚合，有时同一套装置可生产密度0.87～0.96g/cm3的聚乙烯产品，称全密度聚乙烯工艺技术。

聚乙烯可加工制成薄膜、电线电缆护套、管材、各种中空制品、注塑制品、纤维等。

广泛用于农业、包装、电子电气、机械、汽车日用杂品等方面。

2.高密度聚乙烯介绍2.1高密度聚乙烯特性高密度聚乙烯，简称HDPE，是无毒、无味、无臭的白色颗粒或不透明的白色粉末，造粒后为乳白色颗粒，分子为线型结构，很少支化现象，是较典型的结晶高聚物。

HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。

机械性能均优于低密度聚乙烯，熔点比低密度聚乙烯高，约126～136℃，其脆化温度比低密度聚乙烯低，约-100～-140℃。

HDPE主要是采用低压生产，故又称低压聚乙烯。

HDPE 分子中支链少，结晶度高达85%~95%，具有较高的使用温度，硬度、力学强度和耐化学药品性较好。

适用于中空吹塑、注塑和挤出各种制品(硬)，如各种容器、网、打包带，并可用作电缆覆层、管材、异型材片材等。

其相对密度为0.941~0.960。

它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。

介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。

熔化温度220~260℃。

对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200~250℃之间。

软化点为125～135℃，使用温度可达100℃；硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好，但与低密度绝缘性比较略差些；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐环境开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以，树脂需加入抗氧剂和紫外线吸收剂等来提高改善这方面的不足。

高密度聚乙烯薄膜在受力情况下的热变形温度较低，这一点应用时要注意。

2.2高密度聚乙烯历史发展背景高密度乙烯属环保材质，加热达到熔点，即可回收再利用。

须知塑胶原料可大分为两大类：“热塑性塑胶”（Thermoplastic）及“热固性塑胶”（Thermosetting），“热固性塑胶”是加热到一定温度后变成固化状态，即使继续加热也无法改变其状态，因此，有环保问题的产品是“热固性塑胶”的产品（如轮胎），并非是“热塑性塑胶”的产品（如塑胶栈板注:栈板在港澳被称为“夹板”)，所以并非所有“塑胶”皆不环保。

本世纪在管道领域发生了一场革命性的进步，即“以塑代钢”。

随着高分子材料科学技术的飞跃进步，塑料管材开发利用的深化，生产工艺的不断改进，塑料管道淋漓尽致地展示其卓越性能。

在今天，塑料管材已不再被人们误认为是金属管材的“廉价代用品”。

在这场革命中，聚乙烯管道倍受青睐，日益发出夺目的光辉，广泛用于燃气输送、给水、排污、农业灌溉、矿山细颗粒固体输送，以及油田、化工和邮电通讯等领域，特别在燃气输送上得到了普遍的应用。

HDPE是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃。

虽然HDPE在1956年就已推出，但这种塑料还没达到成熟水平。

这种通用材料还在不断开发其新的用途和市场。

3.高密度聚乙烯的生产方法近年来，各种低压法工艺发展很快。

生产的主要是高密度聚乙烯。

除了溶液法外，聚合压力都在2000pma以下，一般步骤有催化剂的配制，乙烯聚合，聚合物的分离和造粒等。

淤浆法主要用于生产高密度聚乙烯，而溶液法和气相法不仅可以生产高密度聚乙烯，还可以通过加共聚单体，生产中、低密度聚乙烯，也称为线型低密度聚乙烯。

3.1浆液聚合法淤浆法生成的聚乙烯不溶于溶剂而呈於浆状。

淤浆法聚合条件温和，易于操作，常用烷基铝作活化剂，氢气作分子量调节剂，采用釜式反应器。

由聚合釜出来的聚合物於浆经闪蒸釜，气液分离器到粉料干燥剂，然后去造粒。

生产过程中还包括溶剂回收，溶剂精制等步骤。

采用不同的聚合釜串联或并联的组合方式，可以得到不同分子量分布的产品。

此法是生产HDPE主要方法，工艺成熟。

（1）搅拌釜式浆液聚合（Z-N催化剂己烷溶剂，双釜聚合工艺）搅拌釜式浆液聚合典型代表为Basell 公司的Hostalen 技术和三井油化公司的CX 技术，Hostalen技术采用Hoechst 公司首创的搅拌釜工艺，使用双反应器，可以进行串联和并联使用，该工艺中，聚合反应溶剂为正已烷，催化剂为高活性Zn催化剂，乙烯和氢气混合后进入第一反应器，与催化剂混合发生聚合反应，反应器内聚合物以淤浆形式悬浮在己烷中，聚合温度约为80℃，聚合压力小于10 bar（1bar=100Kpa），此工艺可以生产产品密度范围为0. 942~ 0. 965 g/cm3，熔融指数（全称熔液流动指数，或熔体流动指数，是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值）范围为0. 2~ 80，共聚单体为丙稀和丁烯- 1，生产传统HDPE 和双峰HDPE，高密度管材性能优异，适合制作受压管材，达到PE100+。

淤浆法釜式反应器连续聚合工艺的特点是：操作压力和操作温度低；双釜反应器可通过采用并联及串联不同的形式生产单峰及双峰产品；工艺操作弹性高，产品牌号转换快，对原料纯度要求不高；共聚单体采用丙烯，1- 丁烯；采用已烷作溶剂，回收单元简单。

问题：细粉问题和低聚物生成量高，装置安全生产周期短（2）环管反应器工艺（Cr系催化剂异丁烷反应介质）环管反应器工艺的典型代表是Phillips公司的Phillips工艺和INNOS公司的Innovene S工艺。

Phillips 工艺以异丁烷为稀释剂, 采用铬系催化剂, 催化剂在使用前要进行活化, 活化后的催化剂粉末在氮气保护下与高纯度的异丁烷形成催化剂淤浆, 然后进入环管反应器, 原料乙烯单体经过精制后, 与氢气、共聚单体己烯- 1 进行预混合然后注入环管反应器, 乙烯在催化剂的作用下生成聚乙烯。